VLOEISTOF SENSOR: 5 stappen

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:16

Is het u opgevallen dat wanneer u een waterslang heen en weer beweegt, de waterstraal achterblijft bij de richting van de slang en zich hiermee uitlijnt wanneer de beweging wordt gestopt. Het bepalen van de hoekafbuiging van de waterstraal aan de uitgang van de slang zou een maat voor de hoeksnelheid in deze zijwaartse richting opleveren.

Deze Instructable demonstreert dit principe door een 'Fluidic Rate Sensor' te bouwen met behulp van 'Odds and Ends' die beschikbaar zijn in mijn 'Home Lab'. De vloeistof hier is 'Lucht'.

Er wordt ook een eenvoudige methode gepresenteerd om deze 'gyroscopische sensor' te testen zonder gebruik te maken van standaard testapparatuur.

Benodigdheden

1. Een oude CPU-fan
2. Muggenspray fles (leeg en goed schoongemaakt)
3. Balpen met uniform achterste buisvormig gedeelte
4. Twee kleine lampjes uit een serie decoratieve lichtslingers
5. Scotch-Brite schuursponsje
6. Weinig elektronische componenten (zie het schakelschema)

Stap 1: HOE HET WERKT

De twee dia's geven een schematisch overzicht van de fysieke lay-out van een Fluidic-sensor en de theorie achter het fysieke fenomeen.

In dit ontwerp is 'Lucht' de 'Vloeistof' die door een Nozzle wordt gezogen met behulp van een kleine CPU-Fan. De luchtstraal botst op twee verwarmde gloeilampfilamenten die de positiesensor vormen. Een referentiebrug wordt gevormd door twee weerstanden.

Beide armen van de aldus gevormde volledige brug worden gevoed met een spanning V+.

Onder stabiele omstandigheden koelt de luchtstraal beide bulb-filamenten gelijkmatig, is de brug gebalanceerd en is de uitgangsspanning nul.

Wanneer een hoeksnelheid wordt opgelegd aan het fysieke systeem, buigt de luchtstraal af en wordt een van de gloeilampfilamenten meer gekoeld dan de andere. Dit zorgt voor een onbalans in de brug die leidt tot een uitgangsspanning.

Deze uitgangsspanning geeft bij versterking een maat voor de hoeksnelheid.

Stap 2: CONSTRUCTIE VAN DE SENSOR

VOLG DE STAPPEN

1. Selecteer twee lampen met vergelijkbare weerstand van de lichtreeks. (Twee lampen met een weerstand van 11,7 Ohm geselecteerd)
2. Breek voorzichtig het buitenste glas zodat de blote filamenten zichtbaar worden.
3. Houd de CPU-ventilator gereed en controleer de luchtstroomrichting bij een voedingsspanning van 5 V. (Dit is noodzakelijk om dit te bepalen omdat de ventilator in een zuigmodus moet worden gebruikt)
4. Knip met een scherp mes de onderkant van de muggenwerende fles uit.
5. Snijd de bovenkant van de dop van de fles weg, zodat alleen het voorste buisvormige gedeelte zichtbaar is.
6. Demonteer de balpen en snijd het onderste uiteinde weg. Dit zou een uniforme buis moeten opleveren die het mondstuk voor de sensor zou vormen.
7. Steek de buis in de dop van de fles.
8. Maak twee kleine gaatjes in het lichaam van de fles, zoals op de afbeelding. Deze moet geschikt zijn om de gloeidraden diametraal tegenover elkaar te bevestigen.
9. Bevestig de dop, duw de buis op een geschikte lengte net onder de gloeidraadgaten.
10. Steek nu de bulb-filamenten in de gaten en lijn ze zo uit dat de filamenten net in de omtrek van het buisuiteinde komen, zoals weergegeven. Bevestig het lamp-filamentlichaam aan het fleslichaam met behulp van hete lijm. (Een zo symmetrische mogelijk plaatsing moet worden geprobeerd.)
11. Bevestig de CPU-ventilator aan de achterkant van de fles (onder) met behulp van lijm aan de randen. De ventilator moet zo worden gemonteerd dat een van de platte delen evenwijdig is aan het vlak van de gloeidraden.
12. Zorg ervoor dat de ventilatorbladen soepel draaien en wanneer aangedreven lucht wordt weggezogen via de achterkant, zodat een luchtstraal door de pen-body-buis wordt gevormd.

De basissensoreenheid is nu gemonteerd en klaar om getest te worden

Dit Instructable werd mogelijk gemaakt door een bijzondere omstandigheid van bijpassende onderdelen:

Het selecteren van onderdelen voor deze Instructable werd gedaan vanuit de 'odds-and-ends' in mijn 'home-lab'. De grootte van de CPU-ventilator kwam exact overeen met de muggenwerende bodemdiameter. Het achterste gedeelte van de balpen was als een buis nauwsluitend in het buisvormige gedeelte van de flesdop en de trapvormen in de flesdiameter waren geschikt voor het bevestigen van de gloeilampfilamenten. Er was een gedeeltelijk gesmolten decoratieve lichtsnaar beschikbaar. Alles klopte precies!

Stap 3: EERSTE TESTEN & CIRCUITSCHEMA

De eerste tests werden uitgevoerd door een 5V-voeding te leveren aan de CPU-ventilator en de spanningsexcitatie aan de bulb-filament halve brug.

Een Android-telefoon met de 'AndroSensor'-applicatie werd naast de Rate-Sensor-hardware bewaard en beide werden met de hand op een sinusvormige manier gedraaid.

Het grafische 'AndroSensor' GYRO-display toont het sinusvormige frequentiepatroon. Tegelijkertijd wordt de low-level bridge-uitgang bewaakt op een oscilloscoop.

Er werd een signaal van +/- 5 mV waargenomen voor een snelheid van +/- 100 graden/sec.

Het elektronische circuit versterkt dit met 212 om het uitgangssignaal te leveren.

Probleem oplossing

De uitvoer had een aanzienlijk geluidsniveau, zelfs bij nultarief. Dit werd gediagnosticeerd als te wijten aan een onstabiele luchtstroom in het systeem. Om dit te verhelpen werd een cirkelvormig stuk Scotch-Brite tussen de ventilator en de bulb-elementen gestoken en een ander aan de invoerpunt van de balpenbuis. Dit maakte veel verschil.

Schematisch

Verwijzend naar het schema:

5 V wordt naar de CPU-ventilator gevoerd

5 V wordt ook toegevoerd aan de 68 Ohm - Bulb - Bulb - 68 Ohm serie combinatie. condensator C3 filtert de motorinterferentie naar de gloeilamp-gloeidraden

5 V wordt ook gefilterd door een spoel-condensatorcombinatie voordat deze als voeding aan de OP-AMP. wordt geleverd

Voor het actieve circuit wordt de MCP6022 Dual Rail-Rail OP-AMP gebruikt.

U1B is een eenheidsversterkingsbuffer voor de 2,5 V-referentievoeding

U1A is een 212 Gain inverterende versterker met een laagdoorlaatfilter voor het sensorbrugsignaal

Potentiometer R1 wordt gebruikt om de volledige brug gevormd door de potentiaalverdeler en de sensorreeksketen op nul te zetten.

Stap 4: EENVOUDIGE RATE-SENSOR TEST SETUP

STANDAARD UITRUSTING

Standaard Rate-Sensor-testapparatuur omvat een gemotoriseerde 'Rate-Table' die programmeerbare rotatiesnelheden biedt. Dergelijke tafels zijn ook voorzien van meerdere 'slip-ringen' zodat de input-output signalen en voeding voor de te testen unit kunnen worden voorzien.

In een dergelijke opstelling wordt alleen de snelheidssensor op de tafel gemonteerd en worden andere meetapparatuur en voeding op een tafel aan de zijkant geplaatst.

MIJN OPLOSSING

Helaas is toegang tot dergelijke apparatuur niet beschikbaar voor doe-het-zelvers. Om dit te verhelpen werd een innovatieve methode met behulp van doe-het-zelf-methodologie aangenomen.

Het primaire item dat beschikbaar was, was een 'Rotating Side Table'

Hierop werd een statief gemonteerd met een naar beneden gerichte digitale camera.

Nu, als de snelheidssensor, voeding, output-meetapparatuur en standaard-snelheidssensor op dit platform zouden kunnen worden gemonteerd. Vervolgens kan de tafel met de klok mee, tegen de klok in en heen en weer worden gedraaid om de sensor van verschillende snelheid te voorzien. Terwijl ze in beweging waren, konden alle gegevens worden opgenomen als een film op de digitale camera en later worden geanalyseerd om de testresultaten te genereren.

Nadat dit was gedaan, werd het volgende op de tafel gemonteerd:

Fluïdische snelheidssensor

Mobiele telefoon-powerbank om 5V te leveren aan de rate-sensor

Een digitale multimeter om de uitgangsspanning te observeren. Deze multimeter had een relatieve modus die gebruikt kon worden om op nul te zetten.

Een Android-telefoon OTG-modus Oscilloscoop met behulp van de 'Gerbotronicd Xproto Plain'-hardware en 'Oscilloscope Pro' Android-applicatie van 'NFX Development' om signaalvariaties te observeren.

Een andere Android-telefoon met de applicatie "AndroidSensor" van 'Fiv Asim'. Deze gebruikt de traagheidssensoren van de telefoon om de pitch-rates weer te geven. Als u dit in de z-as gebruikt, krijgt u een referentiewaarde om de te testen Fluidic-rate-sensor te testen.

Er zijn tests uitgevoerd en er worden enkele typische testgevallen gerapporteerd:

CCW Z:+90 graden/sec multimeter -0,931 V, Oscilloscoop ~ -1,0 V

CW Z:-90 graden/sec multimeter +1.753 V, Oscilloscoop ~ +1.8 V

Schaalfactor gebaseerd op het gemiddelde van deze twee 1,33 V voor 100 deg/sec

Sinusvormige test Android Telefoon referentie p-p 208 deg/sec, multimeter reageert niet correct, Oscilloscoop geeft 1.8 Sec periode aan, p-p voltage 2.4 Div X 1.25 V/div = 3 V

Gebaseerd op deze 1,8 Sec-periode komt overeen met 200 graden/sec p-p

Schaalfactor 1,5 V voor 100 gr/sec

Stap 5: SAMENVATTING

MISLUKT TESTMETHODE

Aanvankelijk werd een methode geprobeerd om sensoren, oscilloscoop en referentiesnelheidssensor op de draaitafel te monteren en gegevens te observeren, handmatig of met behulp van een camera vanaf de zijkant. Dit was een mislukking vanwege wazige beelden en onvoldoende responstijd voor een menselijke waarnemer om waarden vast te leggen.

NEEM OBSERVATIES THUIS:

De Fluidic-Rate-Sensor die voor deze Instructable is gebouwd, dient om het concept te demonstreren dat het wilde doen. De sensor moet echter met een betere precisie worden gebouwd als deze een praktisch doel moet dienen.

De doe-het-zelfmethode voor het testen van de snelheidssensor met behulp van een draaitafel met alle apparatuur en voeding op het tafelblad wordt aanbevolen voor gebruik door de Instructable-gemeenschap.